Kaj je Schrödingerjeva mačka?

'Schrödingerjeva mačka' je ena tistih besednih zvez, ki se v pogovoru vsake toliko izvleče. Toda tistim, ki še nikoli niso bili študenti fizike ali vsaj slišali Sheldonovo razlago o teoriji velikega poka, morda ni jasno, kaj to pomeni. Kratek odgovor je, da je Schrödingerjeva mačka ime slavnega miselnega eksperimenta, ki ga je prvi postavil fizik Erwin Schrodinger. Dolg odgovor in vir ene najpomembnejših razprav v fiziki nas vabita, da vstopimo v nenavadno področje kvantne mehanike, da bi morda ponovno razmislili o naših predpostavkah o realnosti.

Kdo je bil Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger se je rodil 12. avgusta 1887 na Dunaju, glavnem mestu Avstro-Ogrske. Erwinov oče, Rudolph Schrödinger, je bil botanik in lastnik tovarne oljnih tkanin. Njegova mati Georgine je bila hči Rudolphovega profesorja kemije. Edini otrok, Erwin je bil vzgojen kot luteran in se je zasebno izobraževal doma do 11. leta. Erwin se je že od malih nog blestel v jeziku, matematiki in fiziki.

Schrödingerjevo izobraževanje

Schrödinger se je vpisal na univerzo na Dunaju in študiral fiziko. Nanj sta močno vplivala kolegi fizika Franz Exner, pionir tega področja, in Fritz Hasenohrl, pozneje vodja teoretične fizike. Schrödingerju je podelil doktorat. leta 1910. Vpoklican in poslan v Italijo kot topniški častnik leta 1914. Schrodinger je imel več sreče kot njegov kolega in mentor Hasenohrl, ki ga je leta 1915 ubila granata. Ko je preživel vojno, je pred poroko opravljal profesorske položaje na več univerzah. Annemarie Bertel leta 1920.

Schrödingerjeva enačba

Leta 1921 je Schrödinger postal profesor na Univerzi v Zürichu in postalo je jasno, da ima nove ideje na področju atomske fizike. Kot odgovor na teorije, da bi gibanje elektronov znotraj atoma lahko opisali kot val, je Schrödinger s svojo enačbo valovne teorije iz leta 1926 zagotovil potrebne matematične dokaze. Iskra ustvarjalnosti naj bi nastala med burno afero s starim Dunajčanom. punca.

Rojstvo kvantne mehanike

Schrödingerjeva enačba je zagotovila robusten opis obnašanja in gibanja atomov. Če bi njihovo gibanje pripisali verjetnostnemu valu, bi lahko statistično obravnavali položaj in stanje atoma. Dokler ni bila opravljena neposredna meritev, naj bi bil atom v stanju superpozicije. Glede na københavnsko razlago je to pomenilo, da se lahko šteje, da je na vseh lokacijah hkrati. Ključno vprašanje za fizike, ali je bila valovna teorija zgolj priročno matematično orodje ali je opisala nekaj fizično resničnega? Kje je bil v resnici atom?

Čopič z Einsteinom in nacisti

Leta 1927 se je Schrödinger z ženo preselil na univerzo Friedricha Wilhelma v Berlinu. Tu je drgnil komolce z Albertom Einsteinom. Medtem ko je tam nadaljeval s pomembnimi in inovativnimi raziskavami, je postajal vse bolj vznemirjen zaradi naraščajočega antisemitskega ozračja v Nemčiji. Po zgledu Einsteina je leta 1937 zapustil Nemčijo in se preselil v Anglijo ter zasedel položaj v Oxfordu. Kmalu zatem je leta 1933 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.

Schrödingerjeva mačka

Kljub svoji ključni vlogi pri ustvarjanju teorije valov Shrödingerju njene posledice nikoli niso zadovoljile. Tako kot mnogi fiziki tudi on kvantne negotovosti na atomski ravni ni mogel uskladiti z našimi vsakodnevnimi izkušnjami realnosti. V svetu, ki ga vidimo, imajo ljudje in predmeti določeno mesto in stanje, ne glede na to, ali jih opazujemo ali ne. Da bi poudaril to protislovje, je oblikoval miselni eksperiment, ki je vključeval mačko v zaprti škatli, radioaktivno snov in Geigerjev števec za merjenje razpada snovi.

V eni uri bi obstajala 50-odstotna možnost, da se radioaktivni material razpade in odda en sam atom. Če bi se to zgodilo, bi Geigerjev števec to zaznal in aktiviral rele, ki bi povzročil, da bi kladivo razbilo bučko s kislino. Kislina bi bila izpuščena v škatlo in ubila mačko. Vprašanje je bilo, ali je mačka živa ali mrtva?

Paradoks Schrödingerjeve mačke

S kvantno mehanske perspektive naj bi bila mačka v superponiranem stanju z enako verjetnostjo, da je mrtva ali živa. Stanje mačke se določi šele, ko se izmeri ali opazuje. To se je zdelo absurdno, je zapisal Schrödinger, saj zagotovo mora biti mačka ena ali druga, ne glede na to, ali se opazovalec odloči za ogled ali ne. Vendar se je zdelo, da se atomi obnašajo točno tako. S povezovanjem usode mačke z nihanji atomskih jeder je Shrödinger pokazal osrednji problem københavnske interpretacije kvantne mehanike.

ali morski psi dihajo pod vodo

Pomisleki in obžalovanje

Ni treba posebej poudarjati, da je Shrödinger na vprašanje, kaj meni o københavnski interpretaciji svoje valovne teorije, odgovoril: 'Ni mi všeč in žal mi je, da sem kdaj imel kaj s tem.' Schrodinger se je s svojimi sodobniki dolga leta prepiral o pomenu lastnega eksperimenta.

Ali je Schrödinger kdaj dejansko imel mačko?

Priljubljena govorica je, da je Schrödinger v nekem trenutku leta 1930 morda dejansko imel mačko po imenu Milton na svojem domu v Oxfordu. Na srečo, kljub temu, da je svojemu lastniku ponudil nekaj navdiha, ni dokazov, da bi SchrotokDingerjevo mačko so kdaj dali v škatlo z bučko kisline.

Zapuščina

Schrödinger je umrl 4. januarja 1961 v istem mestu, v katerem se je rodil, na Dunaju. Do svoje smrti sta tako on kot njegova teoretična mačka pustila neizbrisen pečat v znanosti kvantne mehanike. Medtem ko so številni veliki umi prispevali k razvoju teorije valov in koncepta nedoločenosti, bo le eden za vedno znan kot oče kvantne mehanike, in to je Erwin Schrödinger.